基本信息
- 项目名称：
- 压电生电供电的多功能探测无线传感器网络
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 信息技术
- 大类：
- 科技发明制作B类
- 简介：
- 设计了包含八个节点的智能传感网络，各节点采集当前环境的光强、温度及湿度，并通过无线方式发送给主节点。设计了一套基于51单片机和nRF905无线收发模块的，能自动动态组网、智能最短寻址、高可靠性的网络通信协议；传感网络中的主节点通过串口将所有数据发送给上位机。上位机利用MFC编程，接收串口数据，实时显示、存储，并提供查询功能。项目还尝试收集并存储PZT压电陶瓷片产生的电能供单片机工作。
- 详细介绍：
- 见论文介绍。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 人类社会的学习、工作、生产、生活等各种活动总是在一定的环境中进行的，而当前环境的各种因子，如温度、湿度、光强度，甚至经纬度、海拔高度的细微差异都可能对人类社会的某些活动产生较大的影响。这种影响的普遍存在性及重要性，使得根据实际情况对当前环境的某些因子采取一定的措施进行实时监测，并将监测信息传输给上位机进行集中再处理就非常有必要。随着社会的发展，人们对由多个节点组成的无线传感器网络来监测某区域范围内的某些环境因子的需求越来越强烈。 另一方面，能源是人类活动不可或缺的物质基础。人类社会的发展尤其离不开优质能源的出现和先进能源技术的应用。从某种意义上讲，世界经济的发展总是依赖于能源的发展。能源的发展，更是我国社会经济发展的重要问题。 本项目制作了仿真系统，采用51单片机，光强和温湿度传感器，nRF905无线收发模块，论证了能智能组网、自动最短路由寻址的多功能探测无线传感器网络的可行性。同时，仿真系统尝试利用激振PZT压电陶瓷产生的绿色电能提供系统工作。
科学性、先进性
- 1、本来由IEEE 802.15.4协议中的ZigBee实现的功能：无线通信、智能自动组网、最短路由寻址、动态更新路由表、组建无线传感器网络等，在本作品中尝试着依靠完全自主编程实现，去挑战技术成熟的ZigBee。 2、本作品尝试使用“压电生电”作为能量来源来给单机供电的新思想，即新颖又环保。本作品中用到了“压电陶瓷芯片”，通过给它施加一定频率的压力，使它产生不太稳定的交流电压，但足以点亮数十个二极管，并使他们持续发亮。接着，我们又对产生的这个电压进行了“整流-检波-稳压”三步工作，使得它得到稳定的5伏电压，因此可以给节点供电。
获奖情况及鉴定结果
- 2011年4月获上海第二工业大学“厚技杯” 三等奖。
作品所处阶段
- 实验室阶段。
技术转让方式
- 知识产权转让。
作品可展示的形式
- 实物，软件，照片，录像。
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 设计了一套基于51单片机和nRF905无线收发模块的，能自动动态组网、智能最短寻址、高可靠性的网络通信协议。得益于这套协议，具有8个节点的无线传感网络，能可靠地进行无线通信，将各节点数据发送给主节点。同时上位机能接收主节点的串口数据，能稳定地在前台实时显示并在后台存储数据到数据库中，方便日后查询。项目还尝试了利用压电生电为提供电能给单片机工作。项目提供了一种有效的解决方案，根据实际情况适当的改进，可以在智能家居、工业生产环境监测、大型农场作物生长环境监测及其它类似场合发挥巨大的作用。
同类课题研究水平概述
- 关于“多功能探测无线传感器网络”的研究，目前已经在国内外的一些领域中得到了尝试。 环境的监测和保护：英特尔研究实验室研究人员曾经将32个小型传感器连进互联网，以读出缅因州"大鸭岛"上的气候，用来评价一种海燕巢的条件。 医疗护理：英特尔公司推出了无线传感器网络的家庭护理技术。该技术是做为探讨应对老龄化社会的技术项目的一个环节开发的。该系统通过在鞋、家具以家用电器等家中道具和设备中嵌入半导体传感器，帮助老龄人士、阿尔茨海默氏病患者以及残障人士的家庭生活。利用无线通信将各传感器联网可高效传递必要的信息从而方便接受护理。 军事领域：美国国防部远景计划研究局已投资几千万美元，帮助大学进行"智能尘埃"传感器技术的研发。哈伯研究公司总裁阿尔门丁格预测：智能尘埃式传感器及有关的技术销售将从2004年的1000万美元增加到2010年的几十亿美元。 美国商业周刊和MIT技术评论在预测未来技术发展的报告中，分别将无线传感器网络列为21世纪最有影响的21项技术和改变世界的10大技术之一。传感器网络、塑料电子学和仿生人体器官又被称为全球未来的三大高科技产业。 关于“压电生电供电”的技术，目前国内外的技术还不够成熟，很多专家都还在进一步探索当中。 1996年日本的Mikio Umeda研究了利用电容来存储来自压电发电装置发出电量。在1998年，美国科学家Jhon Kymissis进行了压电发电装置电容储能电路的深入探究，并设计了一专门为微电子设备供能的电容储能电路。在压电发电领域中，电量储存的研究基本局限于以电容作为电量储存媒介的方法上，在国内，尚未发现可以充电电池作为电量储能媒介的研究。在国外，利用充电电池作为电量储能媒介的方法研究也刚起步。在2005年，美国的Henry A. Sodaono进行了不同压电材料对充电电池的研究，其实验中用的压电振子面积大，不适用于小体积机电设备的自身功能。在本作品中提出了利用小面积压电振子为能源，给可充电电池充电的研究思想。
